Sav-bázis indikátor

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

Az indikátorok (lat. indicare, jelez szóból) olyan anyagok, amelyek színváltozással jelzik egy oldatban bizonyos összetevők megjelenését vagy eltűnését. A sav-bázis indikátorok így jelzik az oldat kémhatását vagy annak változását. A sav-bázis indikátorok olyan gyenge savak vagy gyenge bázisok, amelynek disszociációja során színváltozás következik be. Ez annak a következménye, hogy a kation és az anion más színű, mint a disszociálatlan molekula. Ezen folyamatok során a molekulán belül kötésátrendeződés is megtörténhet, ebből adódik a színváltozás. Vannak olyan indikátorok, amelyek meghatározott pH intervallummal rendelkeznek, viszont a keverékindikátoroknál a színváltozás folyamatos. Az indikátorok további típusai a redoxindikátorok és a komplexometriás indikátorok.

Elmélet[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az indikátor vegyületek által végzett pH-mérést kolorimetriás mérésnek nevezzük. Ehhez indikátoranyagokat alkalmazunk, amelyek meghatározott pH-értékek esetén megváltoztatják színüket - ezt a színváltozást nevezzük átcsapásnak.[1] A mérést papírral és oldattal végezhetjük. Előbbi esetben olyan szívóképes szűrőpapírokat alkalmazunk, amelyeket indikátoranyagokkal impregnáltak. Ezek pontos pH mérésre nem alkalmasak, ám mivel gyors és egyszerű megoldást jelentenek, igen népszerűek. A segítségükkel elsősorban azt határozhatjuk meg, hogy savas vagy lúgos-e a pH.

A kolorimetriás mérések leggyakoribb hibalehetőségei[2][3]:

  • Hőmérséklet hiba: A pH-indikátor papírok skálája általában 20 Celsius-fokra kalibráltak. Az ettől eltérő hőmérsékleten történő mérések nem vehetőek pontosnak, általában további méréseket kell végezni az érték pontos meghatározásához.
  • Sajátszín hiba: A kolorimetriás pH-mérésnél az indikátor színátcsapása szolgál a mérési eredmény alapjául. Amennyiben a vizsgálandó oldat maga is színes, úgy a sajátszín zavarhatja a pontos leolvasást.
  • Sav-bázis hiba: A sav-bázis indikátorok kémiai összetételüket illetően maguk is savakat ill. bázisokat tartalmazó anyagok. Az indikátorok ionszegény mérendő közegbe (pl. desztillált víz, igen gyengén hidrolizált sav- ill. lúgoldatok) juttatása ill. mártása következtében kis mértékben beoldódnak, és így megváltoztatják a mérendő közeg pH-ját, amit azután a maradék indikátor rész visszamér. Ez az a hiba, amit a szakirodalom ún. „sav-bázis”hibának említ, és akár 1 pH egység hibához is vezethet kedvezőtlen esetben, amikor a híg, ionszegény, ill. nem pufferolt oldatok mérése történik. A pufferek kétkomponensű stabil kémhatású oldatok. Kémhatásuk akkor sem változik (bizonyos kapacitáshatárig) ha eltérő kémhatású oldatot adagolunk hozzá, így megakadályozzák, hogy a mérési eljárás során a pH-érték megváltozzon.[4] Ugyanez a hiba indikátor oldat alkalmazása esetén tizedrészre csökkenthető. Más esetekben úgynevezett „nem vérző” indikátorcsíkokat ajánlatos használni az ilyen hibakiküszöbölése céljából.
  • Sóhiba: A hidrogénionokon kívül – ha jóval kisebb mértékben is, de – hatással vannak az indikátorok színváltozására a különféle kationok is. Éppen ezért tömény sóoldatokban előfordulhat kismértékű színeltolódás. Ezt a jelenséget nevezzük sóhibának. Amennyiben a só-koncentráció 0,2 mol/l alatt van, akkor egyáltalán nem jelentkezik ez a probléma.
  • Alkoholhiba: Indikátorral „színezett” alkoholos oldatoknál előfordul, hogy ugyanolyan színt mutató indikátoros vizes pufferoldattal összehasonlítva nem egyforma kémhatású oldatok vannak a háttérben. Az oldószerváltozás bizonyos mértékben eltolhatja a sav-bázis egyensúlyt, aminek következtében az indikátor konstansok is megváltoznak.
  • Alkaloidhiba: Alkaloidokat tartalmazó oldatokban, ha indikátort cseppentünk bele, alkaloidszármazékok keletkezése figyelhető meg, amely megnehezíti, illetve pontatlanná teszi a mérést. Alkaloidok jelenléte esetében ajánlatos a vakérték meghatározása az alkaloidhiba mértékének tisztázása céljából.

Az indikátorok működése[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A sav-bázis indikátorok gyenge savak vagy gyenge bázisok, melyek általános reakcióvázlata így írható fel:

\textrm{HInd} + \textrm{H}_2\textrm{O} \rightleftharpoons \textrm{H}_3\textrm{O}^+ + \textrm{Ind}^-

A HInd itt a savat, az Ind- pedig az indikátor konjugált bázisát jelöli. Ezek aránya adja meg a színt és kapcsolja azt a pH-értékhez.

Alkalmazásuk[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A sav-bázis indikátorokat gyakran használják titrálási folyamatoknál az analitikai kémia és biológia területén, hogy meghatározzák egyes kémiai folyamatok kimenetelét. Problémát jelenthet és jelentős szubjektív hibákhoz vezethet a "detektorok" (ez esetben az emberi szem) sokfélesége, amellyel a színt meghatározzák. Az indikátorok alkalmazása azért okoz gyakran elvi hibát, mert a színátcsapás pH-ja ritkán egyezik meg az ekvivalenciapont pH-jával.[5] Az olyan esetekben, amikor a pH pontos meghatározására van szükség, gyakran pH-metriás módszert alkalmaznak. Egyes esetekben, amikor csak a pH körülbelüli meghatározása szükséges, több indikátort használnak, hogy egyenletes színváltozást érjenek el egy nagyobb pH-érték tartományban.

Az alábbi táblázatban laboratóriumokban gyakran használt indikátorok láthatóak. Az indikátorok az átcsapási tartományban rendszerint köztes színeket vesznek fel, így például a fenol vörös színt mutat 6,8 és 8,4 pH-érték között. Az indikátor koncentrációja és a hőmérséklet függvényében az átcsapási tartomány némileg eltolódhat.

Indikátor Szín alacsony pH-értéknél Átcsapási tartomány alsó határa Átcsapási tartomány felső határa Szín magas pH-értéknél
Metilibolya (Kristályibolya) sárga 0,0 2,0 kék-ibolya
Malachitzöld (első átcsapás) sárga 0,0 2,0 zöld
Malachitzöld (második átcsapás) zöld 11,6 14,0 színtelen
Timolkék (első átcsapás) vörös 1,2 2,8 sárga
Timolkék (második átcsapás) sárga 8,0 9,6 kék
Metilsárga vörös 2,9 4,0 sárga
Brómfenolkék sárga 3,0 4,6 kék
Kongóvörös kék-ibolya 3,0 5,0 vörös
Metilnarancs vörös 3,1 4,4 sárga
Brómkrezolzöld sárga 3,8 5,4 kék
Metilvörös vörös 4,4 6,2 sárga
Metil-lila lila 4,8 5,4 zöld
Lakmusz vörös 4,5 8,3 kék
Brómkrezol lila sárga 5,2 6,8 lila
Brómkrezol kék sárga 6,0 7,6 kék
Fenolvörös sárga 6,4 8,0 vörös
Természetes vörös vörös 6,8 8,0 sárga
Naftolftalein színtelen-vöröses 7,3 8,7 zöldeskék
Krezolvörös sárga 7,2 8,8 vöröses-lila
Krezolftalein színtelen 8,2 9,8 lila
Fenoftalein színtelen 8,3 10,0 fukszia
Timolftalein színtelen 9,3 10,5 kék
Alizarin-sárga sárga 10,2 12,0 vörös
Indigókármin kék 11,4 13,0 sárga

Mesterséges indikátorok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Azovegyületek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

(diazo-benzolszármazékok)

Az azovegyületek általános képlete

Főbb képviselői[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • metilnarancs
  • metilvörös
  • dimetil - sárga
  • tropeolin

Trifenilmetán vegyületek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

(ftalein-származékok)

A ftalein- vagy trifenilmetán-festékek általános képlete
2 típusuk létezik:
1; Ftaleinek         R = COOH
2; Szulfoftaleinek   R = SO3H

Főbb képviselőik[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Ftaleinek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]
  • fenolftalein
  • krezolftalein
  • timolftalein
Szulfoftaleinek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]
  • fenolvörös
  • timolkék
  • brómfenolkék

Természetes indikátorok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A természetben található sok festékanyag között vannak olyanok, amelyek színe állandó, viszont vannak olyanok, amelyeké nem, mert bizonyos körülmények hatására (akár már napsütésre is) megváltozik a színük. Ezen kívül savas és lúgos hatásra is történhet változás. Ezen színváltozás a sejtnedv pH-értékének megváltozása miatt alakul ki. A legtöbb természetes indikátor ezen az elven működik.

Legfontosabb természetes indikátorok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A vöröskáposzta leve különböző pH-értékű oldatokban
A vöröskáposzta színtartománya különböző pH-értékű oldatokban
A szőlőlé is használható indikátorként

Külső hivatkozások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. A pH „érzékelése” indikátorokkal. www.inc.bme.hu Hozzáférés: 2015. márc. 09. (PDF)
  2. A pH mérést befolyásoló tényezők. phmerok.hu (2014. szept. 15.) Hozzáférés: 2015. márc. 09.
  3. Nagy László: PH mérés indikátorokkal. www.muszeroldal.hu Hozzáférés: 2015. márc. 09. (PDF)
  4. Mire jók a pufferoldatok? phmerok.hu (2014. szept. 08.) Hozzáférés: 2015. márc. 09.
  5. Zékány László: PH-potenciometria. www.inorg.unideb.hu Hozzáférés: 2015. márc. 09. (PDF)